FR2753229A1 - Dispositif d'entrainement hydraulique pour entrainer en rotation une foreuse au rocher - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'entraînement en rotation (16) pour une foreuse au rocher (12). Un moteur hydraulique comportant une extrémité arrière fixe (88) et une extrémité de forage rotative avant (44) reçoit un fluide hydraulique par un orifice d'entrée (62) et l'évacue par un orifice de sortie (54). Un arbre de transmission (52) accouplé à l'extrémité avant (44) est disposé à l'intérieur du moteur hydraulique. Un conduit (55) de transport de fluide contenu dans l'arbre de transmission transporte un fluide hydraulique ou pneumatique jusqu'à la foreuse pour l'actionner. Le conduit contourne complètement le moteur hydraulique de façon à permettre une alimentation et un fonctionnement indépendants de la foreuse (12). Le conduit (55) reçoit le fluide de forage de la surface et le transporte jusqu'à la foreuse au rocher. L'arbre de transmission comporte un organe d'entraînement en rotation fixé à l'extrémité de forage avant (44) et agencé de façon à recevoir la foreuse au rocher et à l'entraîner en rotation.

Description

DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT HYDRAULIQUE POUR
ENTRAINER EN ROTATION UNE FOREUSE AU ROCHER
La présente invention se rapporte au domaine de la commande de fonctionnement des perforatrices ou foreuses au rocher. Plus particulièrement, la présente invention a trait à la commande d'entraînement à distance d'une foreuse au rocher au fond du trou de sonde.

Ces dernières années, l'industrie minière souterraine a utilisé de manière extensive des méthodes de production au moyen de forages profonds afin d'accroître les taux de récupération et de réduire les coûts d'exploitation des mines. La mise en oeuvre de ces méthodes s'est basée sur le forage précis de trous de mine sur des distances comprises entre environ 70m et 140 m. Cependant, l'équipement de forage dans la roche dure classique ne comporte pas de moyens qui permettraient de commander de manière efficace le trajet de l'équipement de forage. Il résulte de ce manque de commande directionnelle qu'une déviation excessive des trous de mine par rapport à leur trajectoire désirée est un événement fréquent et onéreux. Le positionnement incorrect résultant des explosifs a fréquemment pour effet un tir imprévisible et inefficace.

Ce tir inefficace a pour effet que l'on obtient une roche qui est mal fragmentée, ce qui accélère le taux d'usure de l'équipement de manutention et de broyage du minerai. En outre, un forage imprécis peut entraîner des niveaux inacceptables de stériles dans le minerai récupéré. En résumé, l'ensemble du processus d'exploitation des mines est influencé de façon défavorable par la dilution et la mauvaise fragmentation du minerai récupéré qui résulte directement ou indirectement d'un forage imprécis.

Actuellement, les forages au fond du trou de sonde (FTS) appelés également forages "In The Hole" représentent l'état de la technique dans la technologie de forage de trous de sonde profonds industriellement disponible. Pour faire fonctionner une foreuse FTS, un couple et une poussée axiale sont transmis à un marteau par l'intermédiaire d'une série de tubes d'acier ou tiges de forage. Les tiges de forage forment une tige continue qui s'étend depuis un bloc de tête d'entraînement en rotation situé au cadre de superficie du sondage jusqu'à un marteau qui actionne le trépan. Ces tiges de forage comportent un raccord fileté qui leur permet d'être assemblées en une longue colonne ou ,,train de tiges" lorsque le forage devient plus profond. L'intérieur du train de tiges transporte l'air comprimé ou l'eau utilisé pour le fonctionnement du marteau FTS. Le diamètre extérieur du train de tiges détermine la surface annulaire du trou et, par conséquent, la vitesse de l'air ou de l'eau d'évacuation. La tige de forage est dimensionnée pour permettre l'écoulement d'un débit de fluide approprié dans le train de tiges et pour assurer une vitesse d'évacuation suffisante pour évacuer les débris de forage depuis le fond du trou jusqu'à la surface. Une unité motrice constituée par une machine motrice (diesel, électrique ou pneumatique) qui entraîne une ou plusieurs pompes hydrauliques est utilisée pour faire tourner le train de tiges à partir de la surface. Le débit d'huile engendré par la ou les pompes est dirigé au moyen de vannes appropriées jusqu'aux divers actionneurs hydrauliques qui commandent les fonctions requises pour faire fonctionner la foreuse à partir de la surface. Des déviations typiques pour les foreuse FTS sont de l'ordre de 10% de la longueur du forage. Par conséquent, les foreuses ou perforatrices FTS sont extrêmement imprécises pour les pratiques minières modernes.

Typiquement, la vitesse de forage des foreuses FTS est d'approximativement 0,3 m à la minute, selon le type de minerai rencontré et selon les paramètres de forage. Cependant, le temps effectif requis pour forer un trou est bien plus grand que cette vitesse ne le suggère. L'agencement de train de forage est typiquement constitué par des tiges de forage de 1,64 m (5 pieds) de long assemblées les unes à la suite des autres. Après chaque incrément de forage de 1,64 m (5 pieds), il faut interrompre le forage pour ajouter une autre tige. Pour ajouter une autre tige, on détache le bloc de tête de la tige précédente et on le remet à la position de départ. On positionne une nouvelle tige et on la raccorde puis on rétablit la pression pneumatique dans le train de tiges avant de reprendre le forage. Ce processus a pour effet que le cycle de forage est interrompu et réduit de façon considérable la vitesse effective de forage.

Le remplacement d'un train de tiges par un conduit flexible continu permettrait de supprimer les pertes de temps de forage liées au montage et démontage des tiges du train de tiges. Cependant, du fait que les trains de tiges rotatifs sont utilisés pour faire tourner des foreuses au rocher à partir de le surface, I'entraînement en rotation d'une foreuse au rocher à partir de la surface n'est pas pratique si un conduit flexible continu est utilisé à la place du train de tiges. Ainsi, lorsqu'on utilise un conduit flexible continu, il est essentiel d'assurer l'entraînement FTS (au fond du trou de sonde) de la foreuse au rocher au voisinage de la foreuse au rocher elle-même.

Un dispositif d'entraînement hydraulique ancien pour un outil de forage de puits a été décrit par M.A. Capeliuschnicoff dans le brevet des EUA n" 1.790.460 (appelé ci-après le brevet '460). Le brevet '460 décrit l'emploi de la boue hydraulique qui s 'écoule entre les aubes d'un moteur hydraulique pour faire tourner un trépan de forage. W. M.

Mayall décrit, dans le brevet des EUA n" 4.105. 377 (appelé ci-après le brevet '377) un moteur hydraulique pour une foreuse au rocher d'une conception plus moderne. Le moteur du brevet '377 utilise un série de rouleaux cylindriques pour réaliser un moteur hydraulique volumétrique à vitesse constante. D'autres dispositifs de forage actionnés par des moteurs hydrauliques entraînés par des pales ont été décrits par C.E.

Bannister dans le brevet des EUA nO 2.002.387, par Devine et autres dans le brevet des EUA n" 2.660.402 et par M.A. Garrison dans le brevet des EUA n" 3.076.514. L'inconvénient principal de toutes les constructions de dispositifs d'entraînement hydrauliques ci-dessus réside en ce qu'une unique alimentation en fluide hydraulique fait tourner le moteur, entraîne le trépan et évacue les débris de forage du trou de sonde.

L'un des buts de cette invention est de réaliser un moteur hydraulique à basse vitesse efficace pour entraîner en rotation une foreuse au rocher.

Un autre but de l'invention est de supprimer la nécessité de raccorder et séparer périodiquement des trains de tiges pendant la réalisation du forage d'un trou de sonde profond.

Un autre but encore de l'invention est de réaliser un moteur hydraulique à basse vitesse qui comporte des moyens indépendants pour transporter le fluide servant à faire fonctionner une foreuse au rocher.

A ces fins, I'invention a pour objet dispositif d'entraînement ,,au fond du trou de sonde,, (FTS) pour entraîner en rotation une foreuse au rocher. Un moteur hydraulique ayant une extrémité arrière fixe et une extrémité de forage rotative avant convertit l'énergie hydraulique en une force d'entraînement en rotation. Le moteur hydraulique reçoit un fluide hydraulique haute pression par un orifice d'entrée d'admission et évacue le fluide hydraulique basse pression par un orifice de sortie de fluide hydraulique. Un arbre de transmission accouplé à l'extrémité de forage rotative avant est disposé à l'intérieur du moteur hydraulique.

Un conduit de transport de fluide disposé à l'intérieur de l'arbre transporte un fluide pneumatique ou hydraulique de forage pour actionner la foreuse au rocher. Le conduit de transport de fluide contourne le moteur hydraulique pour alimenter et faire fonctionner de manière indépendante la foreuse au rocher. Le conduit de transport de fluide reçoit le fluide de forage de la surface et transporte le fluide de forage jusqu'à la foreuse au rocher. L'arbre de transmission contient un organe d'entraînement en rotation de foreuse qui est fixé à l'extrémité avant de forage et est agencé de façon à recevoir la foreuse au rocher et à l'entraîner en rotation.

Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple: la Figure 1 est une vue en perspective d'un système de foreuse guidée qui comporte le dispositif d'entraînement hydraulique de l'invention; la Figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif d'entraînement hydraulique de l'invention, vue dans laquelle des parties ont été représentées avec arrachement partiel; la Figure 3 est une vue en coupe du dispositif d'entraînement hydraulique de l'invention; la Figure 4A est une vue éclatée en perspective d'un carter arrière fixe (qui comporte une plaque supérieure entraînée en rotation) et des éléments qui sont fixés au carter fixe arrière ou qui en sont adjacents; la Figure 4B est une vue éclatée en perspective du carter avant fixe de l'ensemble engrenages planétaire et des éléments qui sont fixés au carter fixe ou qui en sont adjacents, avec arrachement partiel; la Figure 4C est une vue éclatée en perspective de l'arbre de transmission et des éléments qui sont fixés à l'arbre de transmission ou en sont adjacents; la Figure 4D est une vue éclatée en perspective de l'ensemble de couronne dentée et des éléments qui sont fixés à l'ensemble de couronne dentée ou en sont adjacents; la Figure 5 est une vue en perspective du dispositif d'entraînement hydraulique de l'invention; et la Figure 6 est une vue en perspective d'un orifice muni d'encoches d'un bloc-cylindres.

On décrira maintenant un mode de réalisation préféré de l'invention.

L'invention concerne un dispositif d'entraînement hydraulique pour entraîner en rotation au fond du trou de sonde des foreuses ou perforatrices utilisées pour le forage de trous de sonde profonds. Plus précisément, le dispositif d'entraînement hydraulique comporte un conduit indépendant pour fournir du fluide destiné à faire fonctionner indépendamment un marteau à percussion. Le dispositif d'entraînement hydraulique peut être mû par un moteur hydraulique compact quelconque qui fait tourner une foreuse au rocher avec un niveau de couple relativement élevé et avec une vitesse relativement faible. Bien qu'il soit possible de faire fonctionner le dispositif de l'invention avec des moteurs hydrauliques entraînés par des pales, il est préférable qu'un moteur hydraulique à pistons fasse tourner la foreuse au rocher.

Comme représenté sur la Figure 1 à laquelle on se référera, le dispositif d'entraînement hydraulique de l'invention est très avantageusement utilisé en tant qu'élément d'un système de forage guidé 10. Le système de forage guidé 10 est constitué par un marteau à percussion 12, un amortisseur de chocs 14, le dispositif d'entraînement hydraulique 16 et un tracteur 18. Le marteau à percussion 12 est déplacé et mis sous pression par le tracteur 18. Le dispositif d'entraînement hydraulique 16 est utilisé pour faire tourner le marteau à percussion 12 à une vitesse relativement lente. L'amortisseur de chocs 14 protège l'équipement délicat des fortes vibrations engendrées par le marteau à percussion 12.

En outre, l'amortisseur- de chocs 14 emmagasine et retourne l'énergie mécanique de manière qu'elle soit utilisée lors de chaque cycle de compression du marteau à percussion 12. Le tracteur 18 est commandé et piloté par une section de commande 20. La section de commande 20 assure la réalisation d'un forage précis suivant un trajet de forage prédéterminé.

Un conduit ombilical flexible 22 contient avantageusement les conduites d'alimentation en énergie et les lignes de commande de la foreuse. Les conduites d'alimentation fournissent avantageusement une énergie hydraulique, une énergie pneumatique ou une combinaison des deux.

Plus avantageusement encore, le marteau à percussion 12 est actionné au moyen d'une énergie pneumatique et le tracteur 18 est actionné par une énergie hydraulique. La trajectoire initiale de l'ensemble est établie au moyen d'un bâti support 24 et d'une poulie d'alimentation 26.

Avantageusement, le système de forage guidé est muni de moyens pour pouvoir effectuer un déplacement automoteur, tels que, par exemple, des chenilles 28 entraînées par un moteur. Le conduit ombilical flexible 22 est avantageusement conçu de façon à être suffisamment souple pour pouvoir être, de manière répétée, enroulé sur et déroulé d'un touret d'alimentation 30.

Comme représenté sur la Figure 2 à laquelle on se référera, le dispositif d'entraînement hydraulique 16 est utilisé pour entraîner en rotation une foreuse ou perforatrice telle qu'un marteau à percussion à une vitesse commandée. Le dispositif d'entraînement hydraulique 16 utilise un moteur hydraulique et un engrenage réducteur pour faire tourner le dispositif d'entraînement en rotation de la foreuse ou extrémité d'entraînement 44. L'extrémité d'entraînement 44 contient un dispositif d'entraînement en rotation ou plaque de raccordement spécifiquement conçu pour recevoir et faire tourner un amortisseur de chocs et une foreuse au rocher. Des pistons 46 orientés en sens opposés appuient contre une plaque à cames arrière 48 et une plaque à cames avant 50 pour faire tourner un arbre de transmission 52. Aux fins de la présente description, le terme avant est utilisé pour désigner l'extrémité de forage, l'extrémité arrière étant l'extrémité opposée qui suit l'extrémité de forage. Les pistons 46 orientés en sens opposés sont logés dans des alésages formant cylindres 54 d'un bloc-cylindres ou barillet 56.

Avantageusement, des alésages de forme cylindrique sont utilisés pour loger des pistons de forme cylindrique. Plus avantageusement encore, les pistons 46 comportent des joints d'étanchéité qui empêchent les fuites de fluide entre les pistons 46 et les alésages formant cylindres 54.

Il est particulièrement utile de réduire les fuites de fluide hydraulique pour optimiser le rendement du moteur hydraulique à faible vitesse.

L'arbre de transmission 52 est disposé à l'intérieur du moteur hydraulique. Plus avantageusement encore, L'arbre de transmission est disposé au centre du moteur hydraulique. L'arbre de transmission 52 est creux de façon à pouvoir contenir un conduit 55 de transport de fluide servant à transporter un fluide hydraulique ou pneumatique de la surface jusqu'à une foreuse au rocher portée par l'extrémité avant de forage du dispositif d'entraînement hydraulique. Plus avantageusement, l'arbre de transmission 52 et le conduit 55 de transport de fluide sont réalisés sous la forme d'un unique élément. Le fluide qui est refoulé dans le conduit de transport de fluide contourne complètement le moteur hydraulique.

Le conduit 55 de transport de fluide peut être utilisé pour transporter un fluide jusqu'à la foreuse au rocher à des pressions indépendantes de la pression utilisée pour actionner le moteur hydraulique.

Des moyens de raccordement avant sont utilisés pour raccorder l'extrémité rotative à la foreuse au rocher. Plus avantageusement encore, les moyens de raccordement avant sont constitués par un raccord boulonné. Les moyens de raccordement avant peuvent être constitués par un dispositif boulonné, claveté, à collerette, fileté, soudé ou autre dispositif analogue approprié pour fixer entre eux deux éléments. En outre, un amortisseur de chocs est très avantageusement monté entre le dispositif de raccordement avant et la foreuse au rocher pour protéger le dispositif d'entraînement hydraulique du martelage intense de la foreuse au rocher. Des moyens de raccordement arrière raccordent l'arbre de transport de fluide à une source de fluide située à la surface. Les moyens de raccordement arrière peuvent être constitués par un dispositif boulonné, claveté, à collerette, fileté, soudé ou autre dispositif analogue approprié pour raccorder un conduit rotatif à un conduit fixe. Plus avantageusement, des joints en matière élastomère peuvent être utilisé pour permettre à l'arbre rotatif de tourner à l'intérieur d'un conduit fixe d'un élément stabilisé tel qu'un tracteur.

Pour déployer les pistons 46 un fluide hydraulique est envoyé dans les orifices 58 du bloc-cylindres sous une haute pression. Il est extrêmement avantageux que les orifices 58 du bloc-cylindres soient réalisés sous la forme de fentes radiales pour assurer un écoulement régulier du fluide hydraulique. Un ensemble de manchon de distribution 60 contient des orifices d'entrée 62 et des orifices de sortie 64. Les orifices d'entrée et de sortie 62 et, respectivement, 64 sont inclinés vers l'intérieur de façon à intersecter les orifices 58 du bloc-cylindres. Plus avantageusement encore, les orifices 62 et 64 sont constitués par des perçages cylindriques percés à un très grand angle à travers le manchon de distribution 60. Une rainure d'entrée 66 transporte le fluide jusqu'aux orifices d'entrée 62. De la même manière, une rainure de sortie 68 transporte le fluide à partir des orifices de sortie 64 pour le ramener à la surface.

Lorsque le fluide hydraulique s'écoule dans l'orifice d'entrée 62, il se repousse très avantageusement les pistons vers l'extérieur contre la plaque à cames arrière 48 et la plaque à cames avant 50. Lorsque les pistons 46 sont pressés contre les deux plaques à cames, le bloccylindres 56 est déplacé en rotation. La rotation du bloc-cylindres 56 fait directement tourner l'arbre de transmission 52. Il est très avantageux que l'arbre de transmission 52 soit raccordé au bloccylindres 56 au moyen d'un raccordement cannelé. Pendant que le bloccylindres continue de tourner, les pistons 46 sont ramenés à leur position de départ pour un autre cycle moteur. Les cycles d'admission et d'évacuation alternent pour produire une rotation à une vitesse relativement lente et avec un couple élevé de l'arbre de transmission 52.

La plaque à cames avant 50, la plaque à cames arrière 48 et l'ensemble de manchon 60 restent fixes ou stationnaires pendant le fonctionnement du moteur hydraulique. Plus avantageusement, une plaque supérieure 70 est fixée à un dispositif tracteur. Le dispositif tracteur s'accroche à la paroi latérale d'un trou de sonde pour fournir une réaction au couple d'entraînement et empêcher la torsion du conduit flexible qui alimente le moteur hydraulique en énergie hydraulique.

Le moteur hydraulique peut contenir un nombre quelconque de pistons et de lobes de came qui peuvent être fonctionner continuellement pour convertir l'énergie hydraulique en un mouvement de rotation. Un mouvement de rotation continu est obtenu au moyen des relations géométriques entre les plaques à cames 48, 50 les orifices 62, 64 du manchon de distribution et les orifices 58 du bloc-cylindres. Plus avantageusement, neuf paires de pistons sont utilisées en combinaison avec la plaque à cames arrière 48 et la plaque à cames avant 50 pour faire tourner le moteur hydraulique. Plus avantageusement encore, les neuf paires de pistons 46 interagissent avec sept lobes de came qui ont un diamètre primitif de came de 10 cm pour réaliserun moteur à couple élevé et à fonctionnement régulier. Par exemple, l'ensemble de manchon de distribution 60 peut être construit de façon qu'il y ait constamment quatre paires de pistons qui se déploient dans des directions opposées suivant une course motrice, quatre paires de pistons qui se rétractent et une paire de pistons dans un état de transition.

Lorsque le moteur hydraulique fait tourner l'arbre de transmission 52, il fait tourner un pignon planétaire central 72 qui fait partie intégrante de l'arbre 72. Le pignon planétaire 72 est utilisé pour faire tourner cinq pignons satellites 74. Le pignon planétaire 72 de ce mode de réalisation spécifique de l'invention est constitué par un pignon à développante de 25 degrés, ayant un pas de 10, comportant 25 dents et ayant une largeur de denture de 3,2 cm (1,25 pouces). Le pignon planétaire 72 coopère avec cinq pignons satellites 74 du type à développante de 25 degrés, ayant un pas de 10, comportant 17 dents et ayant une largeur de denture de 3,5 cm (1,375 pouces). Enfin, les pignons satellites 74 servent à entraîner une couronne (intérieurement) dentée 78 du type à développante de 25 degrés, ayant un pas de 10, comportant 60 dents et ayant une largeur de denture de 3,2 cm (1,25 pouces). Les pignons satellites 74 montés entre des tourillons 76 et une cage 77 portetourillons sont utilisés pour faire tourner la couronne dentée 78 avec une couple d'une valeur relativement élevée. La cage 77 portetourillons réduit efficacement les déviations des pignons satellites 74.

Plus avantageusement, tous les pignons sont usinés dans un acier de qualité supérieure, munis de profils de dents carburés et meulés. Il doit être bien compris que les pignons ci-dessus peuvent être modifiés pour fournir la vitesse et le couple désirés de l'arbre de transmission 52. Le rapport de réduction a été de 60/35 ou 2,4. Ce facteur de réduction de 2,4 diminue la vitesse du moteur en sens inverse des aiguilles d'une montre à environ 48 tr/min. de façon à faire tourner l'arbre de transmission dans le sens des aiguilles d'une montre à environ 20 tr/min.

et à accroître le couple dans le même rapport. Dans le mode de réalisation spécifique de l'invention qui a été représenté, il est nécessaire d'avoir une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre pour empêcher les filetages à droite de l'amortisseur de chocs et du marteau de se desserrer.

Le conduit 55 de transport de fluide tourne avec l'arbre de transmission 52 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le conduit 55 de transport de fluide s'étend, cependant, à travers l'arbre de transmission 52 et à travers l'extrémité d'entraînement 44 qui tournent dans des sens inverses. Un raccord tournant est utilisé pour raccorder l'extrémité avant d'entraînement 44 qui tourne dans le sens des aiguilles d'une montre à la partie arrière qui tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre du conduit 55 de transport de fluide. Il est très avantageux d'utiliser un joint d'étanchéité en matière élastomère pour empêcher le fluide de s'échapper hors de ce raccord.

La vitesse du moteur hydraulique est avantageusement contrôlée par un détecteur 80. Plus avantageusement encore, le détecteur est relié par une connexion câblée au système de commande de façon à contrôler la vitesse du moteur hydraulique. Le débit de fluide hydraulique est alors facilement réglé par le système de commande pour optimiser la vitesse de rotation. Cependant, le moteur hydraulique est principalement conçu pour tourner à vitesse constante. Etant donné que le couple requis pour faire tourner le trépan varie en fonction du type de la roche et du type de trépan utilisé, le débit peut être modifié pour faire tourner le moteur hydraulique à vitesse constante. Le moteur hydraulique de l'invention peut produire un couple constant d'au moins 2.030 N.m (1.500 piedslivre) lorsqu'une différence de pression de 17,9 MPa (2.600 livres par pouce carré) est maintenue entre l'arrivée et l'évacuation de fluide hydraulique. Etant donné qu'une petite quantité de fluide hydraulique fuit dans le train d'engrenages, on utilise très avantageusement de l'huile lubrifiante pour entraîner le moteur hydraulique afin d'accroître la durée de vie en service du dispositif d'entraînement hydraulique.

L'ensemble de manchon comporte très avantageusement des trous filetés pour permettre son démontage facile de son carter. Alternativement, l'ensemble de manchon peut être simplement monté à force à la presse dans le carter. L'intervalle 86 sépare le carter fixe ou stationnaire 88, 89 du carter rotatif 90 et de la couronne dentée 78. Pour faciliter une construction compacte, le carter fixe avant 89 et les tourillons 76 sont très avantageusement usinés sous forme d'un élément unique. De même le carter tournant 90 et la couronne dentée 78 sont très avantageusement usinés sous forme d'un élément unique.

Comme représenté sur la Figure 3 à laquelle on se référera, une série de paliers et de joints d'étanchéité permettent au moteur hydraulique de faire tourner l'extrémité d'entraînement 44 sous de fortes pressions sans coincements ni gauchissements. Un palier conique extérieur 100 est utilisé pour supporter la poussée dirigée vers le bas appliquée par les carters fixes 88, 89 à la foreuse montée sur l'extrémité d'entraînement 44. Un palier à rouleaux conique avant 102 et le palier à rouleaux conique extérieur 100 combinent leur action pour résister au moment fléchissant. En outre, le palier à rouleaux conique avant 102 combine avantageusement son action avec celle d'un palier arrière 104 pour résister à la force de séparation axiale qui est engendrée par la pression d'huile régnant dans la chambre à engrenages. Il est extrêmement avantageux que le palier arrière 104 soit constitué par un palier à rouleaux conique (Fig. 2 et 4A) au lieu du palier à rouleaux sphérique représenté sur la Figure 3. En outre, le palier à rouleaux conique arrière 104 et le palier à rouleaux cylindrique 106 combinent leur action pour supporter la charge engendrée par le moment agissant autour de l'arbre de transmission 52. Enfin, un ou plusieurs paliers à rouleaux cylindriques 106 et le palier 104 servent à centrer l'arbre de transmission 52. Un joint d'étanchéité 110 empêche le courant de fluide hydraulique à haute pression de s'écouler dans l'arbre de transmission 52. En outre, un autre joint d'étanchéité (non représenté) disposé adjacent à l'écrou de palier 103 empêche le courant de fluide hydraulique à haute pression de pénétrer dans l'extrémité avant de l'arbre de transmission 52.

Comme représenté sur la Figure 4A à laquelle on se référera, le carter 88 est fixé à la plaque supérieure 70 au moyen de six boulons qui sont assemblés à travers les trous 130 formés dans la plaque et des trous 132 formés dans le carter. Une goupille d'alignement 134 est montée dans des trous d'alignement 136 et 138 pour assurer un alignement correct du moteur hydraulique. L'ensemble de la plaque supérieure 70 est adapté de manière étanche au carter fixe 88 au moyen d'une bague d'étanchéité torique 135.

Pendant le fonctionnement, le fluide hydraulique s'écoule dans l'orifice d'entrée 144 et le conduit de transport 146. Avantageusement, des joints toriques 148 sont utilisés pour empêcher les fuites entre les raccords des conduites hydrauliques qui entrent et sortent du dispositif d'entraînement hydraulique. Le fluide hydraulique s'écoule dans le tube de transport 146 qui se divise en de multiples conduits séparés à l'intérieur du carter arrière fixe 88. Les multiples conduits séparés débouchent dans le carter fixe avant 89 (Fig. 4B) pour alimenter en fluide le moteur hydraulique. Le fluide hydraulique retourne par un conduit de retour hydraulique 150 jusqu'à l'orifice de sortie d'évacuation 152 pour retourner jusqu'à une pompe hydraulique actionnée à la surface de façon à assurer le fonctionnement continu du moteur hydraulique. Le conduit de retour 150 reçoit le fluide de multiples conduits qui se combinent en un unique conduit à l'intérieur du carter arrière fixe 88 pour être transporté jusqu'à la surface. Un détecteur de vitesse 80 monté à l'aide d'écrous de verrouillage 154 et 156 contrôle avantageusement continuellement la vitesse de rotation du moteur.

La cuvette de palier 158 du palier conique arrière assure une rotation régulière de l'arbre 52 à l'intérieur du carter arrière fixe 88. La plaque à cames arrière 48 est avantageusement fixée au moyen de goupilles d'alignement 160 qui s'étendent à travers de trous 162 de fixation de plaque à cames. Plus avantageusement, on utilise au moins cinq goupilles d'alignement pour fixer les cames au carter fixe, Une bague d'usure 164 en bronze est utilisée à l'intérieur du carter 88 pour supprimer ou au moins réduire le frottement acier contre acier.

Comme représenté sur la Figure 4B à laquelle on se référera, le manchon de distribution 60 utilise des joints toriques 170, 172 et 174 en combinaison avec des bagues de retenue 176 et 178 pour séparer la rainure d'entrée 66 de la rainure de sortie 68. Des boulons 180 sont avantageusement utilisés pour solidariser entre eux la plaque supérieure 70 (Fig. 4A), le carter fixe arrière 88 et le carter fixe avant 89. Les boulons 180 sont assemblés à travers destrous 182 formés dans le carter fixe avant 89. Un trou d'alignement 184 est utilisé en combinaison avec une goupille pour assurer un alignement correct du carter fixe. Plus avantageusement encore, les boulons 180 sont également utilisés pour fixer le carter fixe à un tracteur.

Pendant le fonctionnement, le fluide hydraulique s'écoule à partir du carter fixe arrière dans des conduits d'entrée multiples 186 dont l'étanchéité est assurée par des joints toriques 188. Le fluide hydraulique à haute pression s'écoule par les conduits d'entrée 186 jusque dans la rainure d'entrée 66. Le fluide s'écoule ensuite par les orifices 62 du manchon de distribution dans les orifices 58 du bloc cylindres. Le fluide introduit par les orifices d'entrée pousse les pistons supérieurs 46 contre les cames 48 représentées sur la Figure 2. Des joints d'étanchéité 190 et 192 sont avantageusement utilisés pour assurer l'étanchéité de chacun des pistons 46. (Aux fins de l'illustration, un seul des dix-huit pistons a été représenté sur la Figure 4B.) Les pistons inférieurs sont pressés contre les cames avant 50 pour faire tourner le bloc-cylindres 56 intérieurement cannelé. Une bague d'usure 196 combine son action avec celle de la bague d'usure 164 (Fig. 4A) pour réduire l'usure entre les carters 88, 89 et le bloc-cylindres. Plus avantageusement encore, les bagues d'usure sont fabriquées en une matière à faible friction, telle que du bronze. Le fluide de retour s 'écoule dans les orifices de retour 64 jusqu'à la rainure de retour 68 puis dans les conduits de retour 194 du carter 89. Le fluide hydraulique retourne par les conduits de retour 194 jusqu'au conduit de retour du carter 89 pour retourner à la surface.

Les pignons satellites 74 sont montés dans le carter 89 sur des tourillons 76. Des pièces d'espacement 198 et des manchons (non représentés) sont utilisés pour empêcher les pignons satellites 74 de frotter contre le carter. La cage 77 portant les tourillons des satellites est avantageusement assemblée au carter 89 au moyen de trois goujons 200 et écrous 202. La cuvette de palier 204 du palier à rouleaux extérieur 100 (Fig. 3) a été également représentée sur la Figure 4B.

Comme représenté sur la Figure 4C à laquelle on se référera, le moteur hydraulique fait tourner le raccord cannelé 220 de l'arbre de transmission 52. Le palier à rouleaux conique arrière comporte un cône 220, une rondelle à languette 224 et un écrou de verrouillage de palier 226. De la même manière, le palier à rouleaux conique avant comporte un cône 228, une rondelle à languette 230 et un écrou de verrouillage de palier 232. Plus avantageusement encore, les paliers à rouleaux coniques sont du type à cuvette et cône. (Les galets et la cage n'ont pas été représentés sur chacun des cônes représentés sur les dessins.). Un circlip 234 est utilisé pour maintenir en place les paliers cylindriques 106A et 106B. Plus avantageusement, les paliers à rouleaux cylindriques 106A et 106B coopèrent entre eux comme un unique palier à rouleaux cylindrique. Le pignon de distribution 236 fixé à l'arbre 52 est utilisé en combinaison avec le détecteur de vitesse pour mesurer la vitesse de l'arbre de transmission.

Comme représenté sur la Figure 4D à laquelle on se référera, la couronne dentée 78 est utilisée pour entraîner le marteau en rotation.

La cuvette 240 du palier à rouleaux conique extérieur s'adapte dans l'évidement supérieur de la couronne dentée 78. Des boulons d'assemblage 242 sont avantageusement utilisés pour assembler l'amortisseur de chocs et un adaptateur 244 d'amortisseur de chocs au carter rotatif 90. L'adaptateur 244 d'amortisseur de chocs sert de raccord d'entraînement en rotation de foreuse en faisant tourner à la fois l'amortisseur de chocs et la foreuse. Une bague d'espacement 246 est utilisée pour protéger un joint d'étanchéité racleur 250 en matière élastomère situé entre le carter rotatif 90 et l'adaptateur 244 d'amortisseur de chocs. Alternativement, la couronne dentée peut être fixée directement à un marteau à percussion. Cependant, il est préférable qu'un amortisseur de chocs soit utilisé pour réduire l'usure des éléments situés à l'arrière. La bague d'étanchéité 248 permet à l'arbre de transmission de tourner à l'intérieur de l'adaptateur 244 d'amortisseur de chocs. Le joint d'étanchéité racleur 250 en matière élastomère est dirigé vers l'extérieur pour empêcher les saletés de pénétrer entre la partie vibrante de l'amortisseur de chocs et l'adaptateur d'amortisseur de chocs 244.

Comme représenté sur la Figure 5 à laquelle on se référera, L'ensemble de dispositif hydraulique d'entraînement en rotation constitue un dispositif moteur FTS compact et totalement étanche. Le carter extérieur cylindrique facilite l'évacuation des débris de roche entre le trou de sonde et le dispositif d'entraînement hydraulique. Plus avantageusement encore, les débris de forage sont évacués pneumatiquement entre le carter du moteur et la paroi du trou de sonde avec le fluide pneumatique qui a, au préalable, servi à actionner une foreuse pneumatique à percussion.

Comme représenté sur la Figure 6 à laquelle on se référera, les orifices 58 du bloc-cylindres 56 contiennent très avantageusement de petites encoches de dégagement 260 ,262 à leurs extrémités avant et arrière par rapport au sens d'écoulement du fluide. Les petites encoches de dégagement 260, 262 créent une transition régulière entre l'admission de fluide par les orifices d'entrée et l'évacuation du fluide par les orifices de sortie du manchon de distribution. Cette transition régulière entre les cycles facilite le maintien d'une vitesse de rotation relativement constante avec un couple essentiellement constant. i
L'invention a réalisé un moteur hydraulique contenant un arbre de transmission et un conduit de transport de fluide séparés pour fournir un fluide servant à actionner une foreuse au rocher. Le dispositif d'entraînement hydraulique de l'invention permet de fournir des débits de fluide séparés pour alimenter un moteur hydraulique et une foreuse au rocher. Les courants de fluide qui fonctionnent séparément facilitent une optimisation indépendante de la vitesse de rotation du dispositif d'entraînement hydraulique et de la fréquence de percussion du marteau d'une foreuse au rocher. Le dispositif d'entraînement hydraulique produit avec un couple élevé une faible vitesse de rotation d'une foreuse au rocher d'une valeur relativement constante. Si la foreuse au rocher est raccordée à un long conduit flexible, L'énergie hydraulique qu'elle reçoit de ce dernier supprime la nécessité de monter et démonter périodiquement les tiges d'un train de tiges.

On a décrit ci-dessus un mode de réalisation spécifique de la présente invention. Les spécialistes de la technique comprendront aisément que des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de invention revendiquée et que certaines caractéristiques de l'invention peuvent être avantageusement utilisées indépendamment des autres caractéristiques.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Un dispositif d'entraînement hydraulique (16) pour une foreuse au rocher (12), caractérisé en ce qu'il comporte: un moteur hydraulique, ledit moteur hydraulique comportant une extrémité arrière fixe (88) et une extrémité avant de forage rotative (44), ledit moteur hydraulique comportant une entrée (62) hydraulique pour recevoir du fluide hydraulique et une sortie (64) hydraulique pour évacuer le fluide hydraulique; un arbre de transmission (52) disposé à l'intérieur dudit moteur hydraulique, ledit arbre de transmission étant accouplé à ladite extrémité avant de forage rotative (44) dudit moteur hydraulique; un conduit (55) de transport de fluide contenu à l'intérieur dudit arbre de transmission (52), ledit conduit de transport de fluide contournant ledit moteur hydraulique de façon à fournir indépendamment un fluide de forage pour actionner la foreuse au rocher en recevant le fluide de forage et en transportant le fluide de forage vers la foreuse au rocher; et un organe d'entraînement en rotation de foreuse fixé à l'extrémité de forage avant dudit arbre de transmission (52) pour entraîner en rotation ladite foreuse.

2. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moteur hydraulique comporte des pistons (46) pour entraîner ledit moteur hydraulique.

3. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que des pistons (46) agissant dans des sens opposés entraînent ledit moteur hydraulique.

4. -Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits pistons (46) comportent des extrémités arrondies qui pressent contre des cames (48, 50) pour entraîner ledit moteur hydraulique.

5. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un pignon planétaire central (72), des pignons satellites (74) et une couronne dentée (78) sont interposés entre ledit moteur hydraulique et ledit arbre de transmission (52) pour réduire la vitesse de rotation de l'arbre de transmission et accroître son couple.

6. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que des paliers sont utilisés pour résister à la charge qui résulte de la poussée appliquée par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement hydraulique à la foreuse au rocher (12).

7. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une foreuse à percussion (12) est montée sur l'organe d'entraînement en rotation de la foreuse.

8. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un conduit flexible (22) alimente en fluide une extrémité arrière dudit conduit (55) de transport de fluide.

9. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit conduit (55) de transport de fluide est raccordé à une source de fluide pneumatique pour actionner ladite foreuse à percussion.

10. Un dispositif d'entraînement hydraulique (16) pour entraîner en rotation une foreuse au rocher (12) caractérisé en ce qu'il comporte: un moteur hydraulique entraîné par des paires de pistons (46) orientés dans des directions opposées, ledit moteur hydraulique comportant une extrémité arrière fixe (88) et une extrémité de forage rotative avant (44), ledit moteur hydraulique comportant une entrée hydraulique (62) pour recevoir du fluide hydraulique et une sortie hydraulique (64) pour évacuer le fluide hydraulique; un arbre de transmission (52) disposé centralement à l'intérieur dudit moteur hydraulique, ledit arbre de transmission étant raccordé à ladite extrémité de forage rotative avant (44) dudit moteur hydraulique; un conduit (55) de transport de fluide contenu à l'intérieur dudit arbre de transmission (52), ledit conduit de transport de fluide contournant ledit moteur hydraulique de façon à fournir indépendamment un fluide de forage pour actionner la foreuse au rocher en recevant le fluide de forage et en transportant le fluide de forage vers la foreuse au rocher; et un organe d'entraînement en rotation de foreuse fixé à l'extrémité de forage avant dudit arbre de transmission (52) pour entraîner en rotation ladite foreuse,

11. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits pistons (46) comportent des extrémités arrondies qui pressent contre des cames (48, 50) pour entraîner ledit moteur hydraulique.

12. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un pignon planétaire central (72), des pignons satellites (74) et une couronne dentée (78) sont interposés entre ledit moteur hydraulique et ledit arbre de transmission (52) pour réduire la vitesse de rotation de l'arbre de transmission et accroître son couple.

13. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 10, caractérisé en ce que des paliers sont utilisés pour résister à la charge qui résulte de la poussée appliquée par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement hydraulique à la foreuse au rocher (12).

14. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une foreuse à percussion (12) est montée sur l'organe d'entraînement en rotation de foreuse.

15. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'un conduit flexible (22) alimente en fluide une extrémité arrière dudit conduit (55) de transport de fluide.

16. Le dispositif d'entraînement hydraulique selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit conduit (55) de transport de fluide est raccordé à une source de fluide pneumatique pour actionner ladite foreuse à percussion (12).